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Title:
WIRELESS COMMUNICATION APPARATUS AND WIRELESS COMMUNICATION METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/120646
Kind Code:
A1
Abstract:
A wireless communication apparatus (10) has a plurality of frequency channels and performs wireless communication with a plurality of different terminals. The wireless communication apparatus is provided with a channel allocation control section (15) for allocating different frequency channels to the terminals of different ranks, respectively, corresponding to the ranks that shows priority of the communication quality of the terminals.

Inventors:
KATAYAMA MASAHIDE (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/055773
Publication Date:
October 09, 2008
Filing Date:
March 26, 2008
Export Citation:
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Assignee:
KYOCERA CORP (JP)
KATAYAMA MASAHIDE (JP)
International Classes:
H04B7/06; H04B7/08; H04B7/10; H04J1/00; H04W36/08; H04W72/04; H04W72/10
Foreign References:
JP2003052069A2003-02-21
JP2004336814A2004-11-25
JPH0427236A1992-01-30
JP2006333008A2006-12-07
Attorney, Agent or Firm:
SUGIMURA, Kenji et al. (3-2-1 Kasumigaseki, Chiyoda-k, Tokyo 13, JP)
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Claims:
 複数の周波数チャネルを有し、複数の異なる端末と無線通信が可能な無線通信装置において、
 前記端末の通信品質の優先度を示すランクを把握するランク把握部と、
 把握したランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てるチャネル割り当て制御部と、
 を備えることを特徴とする無線通信装置。
 前記チャネル割り当て制御部は、
 前記端末の通信品質の優先度を示すランクに応じて、予め設定された周波数チャネルを割り当てることを特徴とする、請求項1に記載の無線通信装置。
 前記チャネル割り当て制御部は、前記端末から接続要求があったときに、
 周波数チャネルの使用状況に応じて、前記ランクの異なる端末に、異なる周波数チャネルを割り当てることを特徴とする、請求項1に記載の無線通信装置。
 複数の周波数チャネルを有し、複数の異なる端末と無線通信が可能な無線通信装置における無線通信方法において、
 前記端末の通信品質の優先度を示すランクを把握するステップと、
 把握したランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てて通信するステップと、
 を含むことを特徴とする無線通信方法。
 隣接する無線通信装置における前記周波数チャネルの使用状況に関する情報を、隣接する無線通信装置間で共有する共有ステップと、
 共有した前記周波数チャネルの使用状況に関する情報に基づいて、前記端末がハンドオーバを実行する際の周波数チャネルの割り当てを制御する制御ステップと、
 を更に備えることを特徴とする、請求項4に記載の無線通信方法。
Description:
無線通信装置および無線通信方 関連出願の相互参照

 本出願は、2007年3月29日に出願された日本 国特許出願2007-89038号の優先権を主張するも であり、この先の出願の開示全体をここに 照のために取り込む。

 本発明は、複数のアンテナからなるアン ナアレイを有する基地局と無線端末の間で デジタル通信経路を確立する無線通信装置 よびその制御方法に関する。

関連技術

 現在、TDMA-TDD(Time Division Multiple Access -  Time Division Duplex(以下、「時分割多重」と略 ))の通信方式を用いた無線通信規格に準拠 ている通信システムとしては、主にPHS(Persona l Handyphone System)やi-Burst(登録商標)システム ある。これらの仕様は、電波産業会(ARIB)のAR IB STD-28にて規定されている。特に、i-Burstシ テムについては、米国規格協会(ANSI)/ATIS(Alli ance for Telecommunications Industry Solutions)におい て、HC-SDMA(High Capacity - Spatial Division Multiple  Access)の名称で、WTSC-2005-032にて規格化され 標準化が進められている。

 特に、i-Burstシステムは、その要素技術と して、アダプティブアンテナアレイ技術を用 いている。このシステムでは、図6に示すよ に、基地局10が少なくとも複数のアンテナを 備えている。基地局10は、その各アンテナが 線通信端末1からの電波を受信すると、受信 した電波の受信状態を解析して、各アンテナ の電波受信レベルおよび位相を、電波環境の 変化に応じて適応的に制御する。図6に示す うに、基地局10は、通信を行いたい方向には 指向性が最大となるポイントを向けて(ビー フォーミング)希望波を強調し、かつ干渉波 方向には逆位相波を配して指向性が落ち込 ポイント(ヌル点)を形成して干渉を回避す 。これにより、他システムまたは他端末か の妨害波を排除して干渉を抑圧できるので 高いデータレートで良好な通信環境が実現 きる。

 さらに、このシステムでは、その要素技 として、SDMA(Space Division Multiple Access(以下 「空間多重」と略す))技術も用いている。 れは、図7に示すように、アダプティブアン ナアレイの技術を複数のビームに拡張する とにより、基地局10がカバーするセル内で 例えば複数の無線通信端末1、2および3を、 一のチャネル内に収容できる。この技術に り、例えば特表2001-507889号公報および特開200 2-58061号公報に開示されているように、同一 タイミングで、同一周波数を用いて、別の 末と違うデータを同時に通信することがで る。実際にPHSやHC-SDMAなどは、これらの技術 用いている。

 次に、ANSI/ATISにおいて、HC-SDMAとして、WTS C-2005-032にて提案されているチャネルの構成 ついて、図8の概念図を参照して説明する。H C-SDMAにおいては、周波数分割多元接続(Frequenc y Division Multiple Access:FDMA)により、5MHzの周波 数帯域を、それぞれが625kHzの周波数を有する f1~f8の8つの周波数チャネルに分割している。

 また、f1~f8の各周波数チャネルは、時分 多重により、それぞれ図の奥行き方向に3タ ムスロットを設けている。図の奥行き方向 時間軸を横軸に拡大したものを、図の下方 示してある。各周波数チャネルに、各545μs アップリンク(Uplink)スロットを3つ、各1090μs のダウンリンク(Downlink)スロットを3つ設ける とにより、時分割複信(TDD)を実現している

 さらに、空間多重により、f1~f8の各周波 チャネルにおいて、基地局は、それぞれ複 の端末と同時に通信を行うことが可能であ 。以下、この空間多重によるチャネル(Spatial  Channel)を単に「SC」と略記し、例えば各周波 数チャネルにおいて、基地局が3つの端末と 時に通信を行うことができることを、「3SC と表記する。

 したがって、5MHzの周波数帯全体としては 、図9に示すように、8つの各周波数チャネル それぞれ3つのタイムスロットを有し、さら に各サブチャネルは3SCであるので、理論上の チャネルは、8[Frequency Channels]×3[Time Slots]×3[ Spatial Channels]=72[streams]となる。実際には、あ る特定の周波数チャネルにて、最初のタイム スロットは制御チャネルとして用いられるの で、基地局が実際に端末を接続して、ユーザ が通信に使用することができるのは、69[stream s]となる。

 これにより、各ストリームのデータレー は、電波状態が良好な場合には、354kbps/115kb ps(Downlink/Uplink)を達成することができる。

 しかしながら、実際に同一の基地局に無 で接続する端末が多くなるにつれて、同一 ャネル干渉などの原因により、快適な通信 妨げられるという問題がある。基地局10の 一セル内に存在する無線通信端末が増加し 多数の無線通信端末が存在するようになっ 場合、基地局が空間多重を行うことにより 同一周波数かつ同一タイミングのチャネル 複数の無線通信端末が同時に通信でき、周 数の利用効率を向上させることができる。 かしながら、この空間多重においては、常 同一チャネル干渉を除去できることが重要 あり、どのような電波環境においても、安 して各無線通信端末のチャネルを分離でき ければ、データレートが低下するなど、通 の品質が劣化してしまう。通信品質を劣化 せないようにするために、空間多重などの 重数を低減させれば、今度は周波数の利用 率が低下してしまう。

 したがって、かかる事情に鑑みてなされ 本発明の目的は、周波数の利用効率を低減 せずに、無線通信端末の各ユーザに応じたQ oS(Quality of Service)を確保し、通信品質に対す る満足度も低減させない無線通信装置および 無線通信方法を提供することにある。

 上記目的を達成する第1の観点に係る無線通 信装置の発明は、
 複数の周波数チャネルを有し、複数の異な 端末と無線通信が可能な無線通信装置にお て、
 前記端末の通信品質の優先度を示すランク 把握するランク把握部と、
 把握したランクに応じて、ランクの異なる 末には異なる周波数チャネルを割り当てる ャネル割り当て制御部と、
 を備えることを特徴とするものである。

 第2の観点に係る発明は、第1の観点に係る 線通信装置において、
 前記チャネル割り当て制御部は、
 前記端末の通信品質の優先度を示すランク 応じて、予め設定された周波数チャネルを り当てることを特徴とするものである。

 第3の観点に係る発明は、第1の観点に係る 線通信装置において、
 前記チャネル割り当て制御部は、前記端末 ら接続要求があったときに、
 周波数チャネルの使用状況に応じて、前記 ンクの異なる端末に、異なる周波数チャネ を割り当てることを特徴とするものである

 さらに、上記目的を達成する第4の観点に係 る無線通信方法の発明は、
 複数の周波数チャネルを有し、複数の異な 端末と無線通信が可能な無線通信装置にお る無線通信方法において、
 前記端末の通信品質の優先度を示すランク 把握するステップと、
 把握したランクに応じて、ランクの異なる 末には異なる周波数チャネルを割り当てて 信するステップと、
 を含むことを特徴とするものである。

 第5の観点に係る発明は、第4の観点に係る 線通信方法において、
 隣接する無線通信装置における前記周波数 ャネルの使用状況に関する情報を、隣接す 無線通信装置間で共有する共有ステップと
 共有した前記周波数チャネルの使用状況に する情報に基づいて、前記端末がハンドオ バを実行する際の周波数チャネルの割り当 を制御する制御ステップと、
 を更に備えることを特徴とするものである

第1実施の形態に係る基地局10の要部の 略構成を示すブロック図である。 第1実施の形態に係る各種無線通信サー ビスの仕様の例を示す図である。 第1実施の形態のチャネルの多重化を説 明する概念図である。 第2実施の形態のチャネル多重化の処理 を説明するフローチャートである。 第3実施の形態のチャネル使用状況の共 有化の処理を説明するフローチャートである 。 アダプティブアンテナアレイを説明す 概念図である。 空間多重を説明する概念図である。 HC-SDMAのチャネル構成を説明する概念図 である。 HC-SDMAのチャネルの多重化を説明する概 念図である。

 以下、本発明の実施の形態について、図 参照して説明する。

(第1実施の形態)
 図1は、本発明の第1実施の形態に係る無線 信装置である無線通信の基地局10の要部の概 略構成を示すブロック図である。なお、第1 施の形態に係る基地局10は、基本的には既知 のPHSやi-Burst(登録商標)などの無線通信システ ムに用いる基地局とほぼ同様の構成を有する もので、主として制御部15の構成およびこれ よる制御が異なるものである。

 本実施の形態による基地局10は、図1に示 ように、n本(nは2以上の自然数)のアンテナAN T-1~ANT-nを備え、これらのアンテナANTは送受信 切り替えスイッチ11に接続される。送受信切 替えスイッチ11は、これらアンテナANT-1~ANT-n に対して、時分割で送信と受信とを切り替え る。送受信切り替えスイッチ11には、受信系 ジュール12と送信系モジュール13とが接続さ れる。

 受信系モジュール12は、図示しないが、 アンテナANT-1~nに備えた、n個のローノイズ増 幅器、ダウンコンバータ、A/Dコンバータによ り構成される。送信系モジュール13は、同様 、図示しないが、各アンテナANT-1~nに備えた 、n個のD/Aコンバータ、アッパコンバータ、 算回路により構成される。そして、2つの無 通信端末との通信に際して空間多重する場 は、乗算回路を使って各無線通信端末に異 る重みで信号を送信できるようにする。

 モデム部14は、送受信データの変復調お びデジタル信号処理による位相制御を行う このモデム部14は制御部15に接続され、この 御部15を介してネットワークと情報の交換 行う。制御部15は、基地局10全体の制御を行 。電源部16は、AC100Vの電源の供給を受けて 所定のDC電圧に変換して、基地局10の各部に 給する。

 基地局10では、n本のアンテナから受信し 受信信号(振幅と位相)に基づいて、各アン ナに対しそれぞれ所定の重み付けで送信す アダプティブアレイアンテナシステムによ 送信を行って、空間多重を実現する。この 地局10は、各無線通信端末(図示せず)と無線 信を行うが、無線通信端末そのものは、既 のものと変わるところはないため、説明を 略する。

 次に、各無線通信端末のユーザに対する 線通信サービスの提供について説明する。

 本実施の形態においては、無線通信サー スを開始するためのユーザとの契約時に、 線通信サービス提供者が、例えば図2に示す ような、料金および通信品質が異なる複数の 通信サービスを提供して、各サービスの中か らユーザに所望のサービスを選択させて、契 約を締結する。図2の例では、無線通信サー ス提供者が4種類のサービスを提供し、通信 質の高い無線通信サービスほど、料金が高 になるように設定する。すなわち、異なる 金のサービスに従って、ユーザを通信品質 ランクに応じて分類し、ランクの高いユー ほど優先的に通信品質の高いサービスを受 られるようにする。

 例えば、図2においては、ランクが最上位 である、サービス名称が「プラチナユーザ」 のサービスは、この4コースのサービスの中 は通信品質が最も高く、料金も最も高額に 定する。逆に、ランクが最下位である、サ ビス名称が「ブロンズユーザ」のサービス 、4コース中で通信品質が最も低く、料金も も安価に設定する。

 次に、基地局10におけるチャネルの割り てについて説明する。

 基地局10の制御部15に含まれる記憶部(図 せず)には、各無線通信サービスに割り当て れるユーザのチャネルを指定するための、 えば図3に示すようなテーブルを予め記憶さ せる。無線通信端末が移動して基地局10の電 受信可能エリア内に入り、基地局10との無 通信を行う際に、制御部15は、無線通信端末 の識別情報から、その無線通信端末について 契約された無線通信サービスが図2のどのサ ビスなのかを識別する。このため、制御部15 は、端末の通信品質の優先度を示すランクを 把握するランク把握部(図示せず)を含む。無 通信端末の通信サービスが識別できたら、 線通信を開始するに際して、制御部15は、 3のテーブルの各サービスと周波数との対応 基づいて、当該無線通信端末と通信を行う の周波数を決定する。このため、制御部15 、把握したランクに応じて前記ランクの異 る端末には異なる周波数チャネルを割り当 る、チャネル割り当て制御部(図示せず)も含 む。

 すなわち、通信を開始する端末が例えば ブロンズユーザ」用サービスであった場合 は、使用する周波数チャネルは8チャネルの うちのf1またはf2に限定される。また、通信 開始する端末が「プラチナユーザ」用サー スであった場合には、使用する周波数チャ ルはf7またはf8に限定される。このように、 線通信のサービスのランクに応じて、別の 波数を使用して通信を行うことで、異なる ンクの通信サービスで契約しているユーザ 無線通信端末が同じ周波数を使用して無線 信を行うことがなくなる。

 さらに、図3に示すように、プラチナユー ザ用サービスの周波数チャネルf7およびf8は 空間多重数を例えば1にする(1SC)など少ない 重数に設定し、ブロンズユーザ用サービス 周波数チャネルf1およびf2は、多重数を例え 4にする(4SC)など比較的多い多重数に設定す 。このように、ランクの高いサービス、す わち料金設定の高額なサービスになるにつ て、空間多重数を順次減らすような設定に る。このように設定することで、ランクの い高額な通信サービスでは、空間多重数が ないため、1つのチャネルの独占率が高くな り、同一チャネル干渉が少なく通信品質の高 いサービスの通信を提供できる。ランクの低 い通信サービスでは、空間多重が多くなるた め、ランクの高い通信サービスに比べると通 信品質は劣ることになるが、その分安価なサ ービスを提供できる。

(第2実施の形態)
 次に、本発明の第2実施の形態について説明 する。

 第2実施の形態にかかる基地局10は、基本 には第1実施の形態に用いる基地局10とほぼ 様の構成を有するもので、制御部15の構成 よびこれによる制御が異なるものである。

 第2実施の形態では、第1実施の形態とは なり、各無線通信サービスに割り当てられ ランク別のチャネルを指定するためのテー ルを予め記憶部に記憶させておくのではな 、各通信サービスの無線通信端末と通信を 始する際に、チャネルの決定を動的に行う

 以下、図4のフローチャートを参照して、 第2実施の形態に係るチャネル割り当て制御 ついて説明する。

 先ず、ステップS1では、通信をスタート るにあたり、基地局10が無線通信端末から接 続要求を受ける際に、基地局10に空いている 波数チャネルがあれば、どのランクのサー スのユーザであっても、その周波数チャネ を使用して通信を開始できるようにする。 なわち、仮に最もランクの低いブロンズユ ザ用サービスでも、空いている周波数チャ ルであれば、どこでも使用して無線通信を う。

 次に、より高いランクのサービス、例え プラチナユーザ用サービスで契約している 線通信端末からの接続要求があれば(ステッ プS2)、例えば空間多重数を1にした周波数チ ネルを確保して(ステップS3)、無線通信を開 する。これにより、周波数チャネルの全て プラチナユーザで埋まっている場合を除い 、他のランクのサービスよりも優先してチ ネルが確保される。

 また、その次に高いランクのサービス、 えばゴールドユーザ用サービスで契約して る無線通信端末からの接続要求があれば(ス テップS4)、例えば空間多重数を2にした周波 チャネルを確保して(ステップS5)、無線通信 開始する。これにより、周波数チャネルの てがプラチナユーザまたはゴールドユーザ 埋まっている場合を除いて、それ以下のラ クのサービスよりも優先してチャネルが確 される。

 さらに、その次に高いランクのサービス 例えばシルバーユーザ用サービスで契約し いる無線通信端末からの接続要求があれば( ステップS6)、例えば空間多重数を3にした周 数チャネルを確保して(ステップS7)、無線通 を開始する。これにより、周波数チャネル 全てがプラチナユーザ、ゴールドユーザま はシルバーユーザで埋まっている場合を除 て、ブロンズユーザ用のサービスよりも優 してチャネルが確保される。

 ランクの最も低いユーザ用のサービス以 、つまり本例ではブロンズユーザ以外のサ ビスによる無線通信が終了したら(ステップ S8)、当該無線通信で使用していた周波数チャ ネルの確保を解除して(ステップS9)、次の無 通信端末からの接続要求にそなえる。

 このように、本実施の形態では、優先度 高いサービス用のチャネルを初めから確保 ずに、優先度の高いサービスで契約してい 無線通信端末からの接続要求があった時点 、サービスのランクに応じた空間多重数の 波数チャネルを動的に割り当てるようにす 。これにより、予め確保しておいた高ラン のサービス用のチャネルが使われていない いう状況がなくなるので、周波数の利用効 をいっそう高めることができる。

 さらに、このように周波数チャネルを動 に割り当てるようにすれば、例えばプラチ ユーザ用サービスのような優先度の高いサ ビスの接続要求が多数あった際、優先度が 較的低いランクのサービスでは未使用の周 数チャネルがあるのにプラチナユーザ用サ ビスのチャネルが利用できない、という不 合も生じない。

(第3実施の形態)
 次に、本発明の第3実施の形態について説明 する。

 第3実施の形態では、第1実施の形態で説 した、各無線通信サービスに応じて予め割 当てたチャネルのテーブルの情報、または 第2実施の形態で説明した、周波数チャネル 動的に割り当てるテーブルの情報を、隣接 地局間で共有する。したがって、本実施の 態に係る基地局10も、基本的には第1および 2実施の形態に用いる基地局10とほぼ同様の 成を有するもので、制御部15の構成および れによる制御が異なるものである。

 第1実施の形態にて図1のブロック図で説 した基地局10は、制御部15がネットワークに 続されていたが、第3実施の形態で用いる基 地局10は、そのネットワークを介して、隣接 る他の基地局と通信することにより、当該 の基地局の記憶手段に記憶されている各種 報を参照できるようにする。ここで参照す 各種情報とは、当該他の基地局が現在制御 ているチャネル構成の情報や、既に登録さ ている各無線通信端末のサービスのランク 報や、接続要求をしてきた無線通信端末の 報などが想定され、これらを必要に応じて 照する。

 なお、隣接基地局間の通信を行うに際し は、複数の基地局を統括制御する制御手段 持たないシステムにおいては、各基地局同 で通信を行うようにする構成が考えられる また複数の基地局を統括制御する制御手段 有するシステムでは、当該制御手段から上 各種情報が配信され、それを各基地局が受 するような構成にすることも可能である。

 次に、図5のフローチャートを参照して、 第3実施の形態に係る隣接基地局間でチャネ 構成の情報を共有する処理の要部を説明す 。

 まず、ステップS21にて、ある基地局10の 御部15は、自局に隣接する各基地局(図示せ )の記憶部に記憶されている、基地局内のチ ネル構成の情報をチェックする。次に、こ チェックの結果得られた情報に基づいて、 先度の高い、つまりランクの高いサービス ついてのチャネル割り当ての状態が、自局 記憶部に記憶されているものと異なるかど か判定する(ステップS22)。この判定の結果 チャネル割り当て状態が自局の記憶部に記 されたものと異なる場合、情報の同期を取 (ステップS23)、自局の情報と隣接基地局の情 報(周波数チャネルの使用状況に関する情報) を共有する。これは、隣接する無線通信装 における前記周波数チャネルの使用状況に する情報を、隣接する無線通信装置間で共 するステップである。すなわち、隣接する 数の基地局において同じチャネル割り当て するように制御することにより、端末がハ ドオーバした先の基地局のセル内でも、優 度の高い通信サービスの端末の周波数チャ ルを確保することができる。これにより、 信品質を維持するようにする。

 さらに、自局の情報と隣接基地局の情報 を共有することにより、隣接する複数の基 局間で同じチャネル割り当てをするように 御する。これは、把握したランクに応じて ランクの異なる端末には異なる周波数チャ ルを割り当てて通信するステップである。 の場合、隣接する複数の基地局では、ある 地局がある端末に対して割り当てたチャネ と同一周波数かつ同一タイミングのチャネ については、他の端末に割り当てずに空け おくように制御する。

 なお、隣接する基地局の情報をチェック るタイミングは、所定のタイミングや、定 的なタイミング、あるいは無線通信端末の 続要求があった際などの所定のイベント発 時など、所望に応じて様々なタイミングを 定する態様が考えられる。

 このようにすることで、複数の基地局が 接して存在する場合に、それぞれの基地局 、別の無線通信端末に対して同一周波数か 同一タイミングのチャネルを除いた通信を 現できるので、セル間での同一チャネル干 を回避することができる。

 なお、本発明は、上述した実施の形態に み限定されるものではなく、幾多の変更ま は変形が可能である。例えば、上述した各 施の形態においては、無線通信端末が基地 10に接続要求した際には、制御部15が、無線 通信端末の識別情報に基づいて、制御部15の 憶部を参照することで、その無線通信端末 ついて契約された無線通信サービスを識別 たが、システムの構成によっては、無線通 端末側に、サービスが識別できるような指 を内蔵させるようなシステムも想定できる

 また、上記各実施の形態では、1つの周波 数を空間多重しても、当該周波数内では全て のチャネルを同じランクのサービス用のチャ ネルとして使用したが、これらのチャネルの 多重数に余裕がある場合、各サービスのラン クにより設定されている多重数を超えないよ うにして、例えば隣接するランクのサービス などに跨って使用できるような設定にするこ とも可能である。

 即ち、例えば、ある周波数チャネルで空 多重数が最大で3のチャネルがある場合、3SC のシルバーユーザ用サービスで契約した端末 が3個同時に接続することができる代わりに 3SCのシルバーユーザ用サービスの端末1個お び4SCのブロンズユーザ用サービスの端末2個 を同時に接続したり、3SCのシルバーユーザ用 サービスの端末2個および4SCのブロンズユー 用サービスの端末1個を同時に接続したりで るような構成も考えられる。

 本発明によれば、無線通信端末の通信品 の優先度を示すランクを設定し、このラン に応じて、ランクの異なる端末には異なる 波数チャネルを割り当てるようにしたので 各端末との無線通信において、サービスの ランクに相応のQoSを確保できるようになる したがって、それぞれのユーザの通信の利 目的やコストなどに応じて、より細かな無 通信サービスが提供でき、各サービスを選 するユーザの通信品質に対する満足度が低 することもなくなる。